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Die Erfindung betrifft eine Wärmekraftmaschine.
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"Das
Kurbelgetriebe war in Europa bereits im 14. Jahrhundert bekannt.
Es diente zur Umwandlung der Drehbewegung (z.B. eines Wasserrades)
in eine diskontinuierlich fortschreitende Bewegung (z.B. einer Drahtzieheinrichtung).
Das Kurbelgetriebe wurde also bereits lange vor der Erfindung von
Wärmekraftmaschinen
als Bestandteil von Arbeitsmaschinen genutzt. Die Umkehrung dessen,
die Anwendung des Pleuelstangen-Kurbel-Mechanismus zur Umwandlung
der translatorischen Bewegung bei diskontinuierlich wirkenden Kraftmaschinen
in eine Drehbewegung, hielten viele Mechaniker des 18. Jahrhunderts
für ungeeignet,
weil die Kolbenbewegung in den Zylindern der damaligen Dampfmaschinen
sehr ungleichmäßig war.
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Aus demselben Grund wendete man auch
bei den atmosphärischen
Gasmotoren von Langen und Otto komplizierte Zahnstangen-Freilaufmechanismen
für die
Umwandlung der geradlinigen Arbeitskolbenbewegung in eine Drehbewegung.
Zu einer brauchbaren Lösung
für die
Energie- und Bewegungsübertragung führte jedoch
erst die gleichzeitige Anwendung des Schwungrades als Energiespeicher,
wie sie J. Watt vorsah und wie sie heute bei praktisch allen Hubkolbenmaschinen
genutzt wird". (V.
Küntscher, "Kraftfahrzeugmotoren", 1995, Seite 127).
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Im Drehzylindermotor ist die Kurbelwelle
ein regungsloser Teil des Stators. Die Pleuelstangen, Kolben und
Zylindern drehen sich um die Kurbelwelle als Rotorbestandteile und
der Rotor ersetzt ein Schwungrad, weil der mit seinen ausgleichbaren
Massen rotiert.
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"Der
französische
Ingenieur Beau de Rochas gab 1861 in einer Veröffentlichung wesentliche Randbedingungen
für die
beste Nutzung der Energie an, zu derren Erfüllung sich die vier Takte eignen:
- 1. Ansaugen während eines gesamten Kolbenhubes.
- 2. Kompression während
des darauf folgenden Hubes.
- 3. Zündung
im Totpunkt und Expansion während
des dritten Hubes.
- 4. Ausschieben der verbrannten Gase aus dem Zylinder während des
letzten Hubes".
(V. Küntscher, "Kraftfahrzeugmotoren", 1995, Seite 43;
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Der Drehzylindermotor ist ein 4-Takt-Motor,
weil aber die Prozesse in verschiedenen Verdichtungs-und-Verbrennungszylindern
sich eignen, wird der Arbeitsprozess so beschrieben:
- 1. Ansaugen im Verdichtungszylinder während eines gesamten Kolbenhubes.
- 2. Kompression im Verdichtungszylinder während des darauf folgenden
Hubes, Übertragung
der komprimierten Luft durch den Druckluftumleiter in den Verbrennungszylinder,
wo die Druckluft zusätzlich
noch mehr verdichtet wird.
- 3. Zündung
im Totpunkt des Verbrennungszylinders und Expansion während des
dritten Hubes.
- 4. Ausschieben der verbrannten Gase aus dem Verbrennungszylinder
während
des letzten Hubes.
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Im Drehzylindermotor werden alle
4 Takte in verschiedenen Zylindern in einer Umdrehung durchgeführt, was
diesen Motor vom Otto-motor unterscheidet, wo alle 4 Takte in einem
Zylinder in zwei Umdrehungen sich eignen.
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"Während Anfangs
in den Zylindern der Motoren ein vorbereitetes Kraftstoff-Luft-Gemisch entzündet und
verbrannt wurde, stellte Brayton in Nordamerika schon ab 1872 Versuche
an, eine gesteuerte Verbrennung zu erzielen. Die Krönung dieser
Entwicklung bildete dann die Erfindung von Diesel, der unsprünglich einen
Carnot-Prozess verwiklichen wollte, was in einem Patent von 1892
niedergelegt ist. Die Grundkonzeption zu einem entsprechenden Motor
legte er 1893 in einer Schrift unter dem Titel "Theorie und Konstruktion eines rationellen
Wärmemotors..." dar:
- 1. Erreichen der Höchsttemperatur
des Prozesses durch entsprechend hohe Verdichtung.
- 2. Steuerung der Verbrennung durch gesetzmäßige Einführung des Kraftstoffes.
- 3. Einhalten des Luftverhältnisses
nach Gesichtpunkten des zu Verwendung kommenden Kraftstoffes, der Wirtschaftlichkeit
und der Betriebssicherheit.
(V.Küntscher, "Kraftfahrzeugmotoren", 1995, Seite 44
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Im Drehzylindermotor wird die Höchsttemperatur
des. Prozesses nicht nur durch die Verdichtung im Verdichtungszylinder,
sondern noch durch die zusätztliche
Verdichtung im Verbrennungszylinder erreicht. Aus der
US 6 253 717 B1 ist eine ähnliche
Drehzylindermotor bekannt.
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Die Aufgabe der Erfindung liegt zugrunde,
dass die schallarme Maschine, durch die kreisförmige Bewegung des Rotors,
einwandfreie Abdichtung der Verdichtungs-und-Verbrennungszylindern,
gute Motorschmierung und einfacher Aufbau gewährleistet wird.
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Der erfindungsgemäße Drehzylindermotor zeichnet
sich dadurch aus, dass durch den rotierenden Rotorder das Schwungrad
ersetzt, ausgleichbare Massen am Bewegungsablauf beteiligt sind.
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Ein Ausführbeispiel der Erfindung wird
nachfolgend der Figuren beschrieben.
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In der 1:
werden alle Komponenten des Drehzylindermotors dargestellt.
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Die Kurbelwelle (7), die
am Statorgehäuse
(2) befestigt ist, trägt
auf ihrem Umfang die Pleuel der Kolben (11,12),
die in den Zylinder des Rotors (4) sich befinden. Der Rotor
(4), der in Statorgehäuse
(1,2,3) und um die Kurbelwelle (7)
drehbar gelagert ist.
9,10 – Druckluftumleiter.
15,16 – die Halbringe
mit Dichtungen, die verhindern, dass die Abgase in das Innere des
Statorgehäuses
eindringen.
17 – die
Halbringe mit Dichtungen, die verhindern, dass das Schmieröl in die
Ansaugöffnungen
eindringt.
18 – Motordurchlüftungsöffnungen.
19 – Kühlmitteleintrittsöffnungen
des Rotors.
27 – Luftansaugöffnungen.
28 – Abgasöffnungen.
29 – Heißgasleitung.
32 – Kraftstoffeinspritzöffnung.
33 – Kühlmitteleintrittsöffnung des
Stators.
34 – Kühlmittelaustrittsöffnung des
Stators.
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In den 2 bis 7 wird das Funktionprinzip
des Drehzylindermotors erläutet.
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In der 2:
Druckluftumleiter (9) wird geschlossen. Die komprimierte
Luft wird im Zylinder (6) zusätzlich verdichtet. Der Kolben
im Zylinder (5) befindet sich im oberen Totpunkt. Im Zylinder(5a)-Ansaugen.
Im Zylinder(6a)-Verbrennung.
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In der 3:
Im Zylinder (5a) wird die angesaugte Luft komprimiert.
Im Zylinder (6), der sich im OTP befindet, -Kraftstoffeinspritzung
und Zündung.
Im Zylinder(6a)-Verbrennung. In den Zylinder (5)
wird die Luft angesaugt.
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In der 4:
Aus dem Zylinder (6a) werden die Abgase hinausgestoßen. Im
Zylinder(5)-Luftansaugen. Im Zylinder (5a)-Komprimierung.
Im Zylinder(6)-die Verbrennung.
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In der 5:
Im Zylinder (5)Luftansaugen. Im Zylinder (6)Verbrennung.
Im Zylinder(5a)-Komprimierung. Im Zylinder(6a)-Abgaseausstoß.
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In der 6:
Im Zylinder (5)Luftansaugen. Im Zylinder (6)Verbrennung.
Im Zylinder(5a)-Komprimierung. Im Zylinder(6a)-Abgaseausstoß.
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In der 7:
Die komprimierte Luft wird aus dem Zylinder (5a) durch
den Druckluftumleiter (9) in den Zylinder (6a)
geleitet. Im Zylinder(5)-Luftansaugen. Im Zylinder(6)-Verbrennung.
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In der 8:
Darstellung der Funktion "Druckluftübertragung".
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Die verdichtete Luft wird aus dem
Verdichtungszylinder (5) durch die Öffnung des Rotors (25)
in den Umleiter (13), der von vorherigem Takt unter Druck
steht, und dann durch die Öffnung
(26) in den Verbrennungszylinder (6) geleitet.
1 – Statorgehäuse.
4 – Rotor.
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In der 9:
Darstellung der Funktion "Abgasöffnungen".
28 – Abgasöffnungen
des Stators.
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In der 10:
Darstellung der Funktion "Luftzufuhrsteuerung".
a): Kleinlast.
27 – Luftansaugöffnungen. 35 – Steuerungsöffnungen
(alle sind geöffnet).
A – Anfang
der Verdichtung. 4 – Rotor.
b):
Mittellast.
27 – Luftansaugöffnungen. 35a – geschlossene Öffnung.
A – Anfang
der Verdichtung.
c): Volllast.
A – Anfang der Verdichtung. Alle
Steuerungsöffnungen
sind geschlossen.
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In der 11:
Darstellung der Funktion "Rotorkühlung" (Schnittzeichnung).
4 – Rotor.
6 – Verbrennungszylinder.
5 – Verdichtungszylinder.
9,10 – Druckluftumleiter.
19 – Kühlmitteleintrittsöffnungen
des Rotors.
20 – Kühlmittelaustrittsöffnungen
des Rotors.
33 – Kühlmittileintrittsöffnung des
Stators.
21,22 – Gleitringdichtungen der Eintrittseite.
34 – Kühlmittelaustrittsöffnung des
Stators.
23,24 – Gleitringdichtungen der Austrittseite.
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In der 12:
Darstellung der "Kurbelwelle".
2 – Statorgehäuse.
7 – Kurbelwelle.
8 – Zahnrad.
40 – Pleuelsitz
des Luftverdichtungszylinder.
41 – Pleuelsitz des Verbrennungszylinder.
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In der 13:
Darstellung der Funktion "Statorkühlung" (Schnittzeichnung).
1 – Statorgehäuse mit
den Kühlflüssigkeitkanäle.
4 – Rotor.
28 – Abgasöffnungen.
32 – Kraftstoffeintritt.
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In der 14:
Darstellung der Funktion "Heißgasaustritt".
1 – Statorgehäuse.
4 – Rotor.
29 – Heißgasleitung.
30 – Ölabschneider.
31 – Leitung
zum Ölbehälter.
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In der 15:
Darstellung der Funktion "Dichtungen
der Zylinder".
36).
Verdichtungszylinderdichtung.
37). Verbrennungszylinderdichtung.
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In der 16:
Darstellung der Funktion "Automatische Ölflußabsperrung".
- a).
Bei stehendem Motor werden die Dichtplatten (42), unter
Federkraft, die Ölbohrungen
(43) schliessen.
36,37 – Zylinderdichtungen.
- b). Bei laufendem Motor werden die Dichtplatten (42),
unter Fliehkraft des Rotors, die Ölbohrungen (43) öffnen, wobei
die Zylinderdichtungen mit Öl
versorgt werden
36,37 – Zylinderdichtungen.
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In der 17:
Darstellung der Funktion "Motorschmierung".
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Das Schmieröl wird durch die Kurbelwelle,
wobei die Pleuelsitze geschmiert werder, und dann durch die Pleuelstangen
zu den Kolben geleitet.
1 – Statorgehäuse.
11 – Verdichtungskolben.
12 – Verbrennungskolben.
36. Verdichtungszylinderdichtung.
37. Verbrennungszylinderdichtung.
38 – Kolbenringe
des Verdichtungskolben.
39 – Kolbenringe des Verbrennungskolben.
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In der 18:
Darstellung der Funktion "Zusätzliche
Verdichtung".
- a) Der Druckluftumleiter ist geöffnet und
die komprimierte Luft wird durch die Öffnung (26) in den
Verbrennungszylinder geleitet, wobei die Abgasreste hinausgespült werden,
was zur vollkommenen Zylinderfüllung führt.
12 – Verbrennungskolben.
28 – Abgasöffnung.
- b) Die komprimierte Luft wird durch die Öffnung (26) in den
Verbrennungszylinder weiter geleitet. Der Verdichtungskolben befindet
sich im oberen Totpunkt.
12 – Verbrennungskolben.
- c) Der Druckluftumleiter ist geschlossen. Die übertragene
Luftmenge wird im Verbrennungszylinder zusätzlich verdichtet.
12 – Verbrennungskolben.
- d) Der Verbrennungskolben (12) befindet sich im oberen
Totpunkt. Im Verbrennungszylinder-Kraftstoffeinspritzung und Zündung.
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